Fernerkundung in Schulen – Lernen mit digitalen Satellitenbildern

Bei Schülerinnen und Schülern besteht oft eine große Hemmschwelle, sich mit naturwissenschaftlichen Fächern zu befassen. Mit Apps, die Arbeitsblätter anreichern und mit Live-Bildern aus dem Weltall wird jeder MINT-Unterricht spannend.

Bilder der Erde aus dem Weltall sind faszinierend. Geografen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Universität Bonn helfen Schülerinnen und Schülern zu entdecken, wie viel mehr dahintersteckt. In den Projekten KEPLER ISS (Kompetenzorientiertes, erfahrungsbasiertes und praktisches Lernen mit Erdbeobachtung von der ISS) sowie FIS-III (Fernerkundung in Schulen) werden faszinierende Arbeitsblätter, digitale Lernmodule und Apps für den Unterricht entwickelt und auf Webportalen zur Verfügung gestellt. Unter dem Begriff Fernerkundung versteht man die kontaktlose Beobachtung der Erde. Dies geschieht meist aus dem Weltraum mithilfe von Satelliten und ihren verschiedenen Beobachtungsinstrumenten. Aber auch die Erdbeobachtung mit Drohnen oder Flugzeugen fällt da­runter.

Lehrmaterialien aus NASA HDEV Videos für viele Schulfächer

Als europäischer Partner des NASA HDEV-­Experiments ist das Projekt KEPLER ISS dafür verantwortlich, die Aufnahmen der am Columbus-Labor befestigten HD-­Kameras, die die Erde rund um die Uhr beobachten, zu archivieren. Die Internationale Raumstation (ISS), die die Erde ungefähr alle anderthalb Stunden umrundet, ist mit vier Kameras ausgestattet, die Tag und Nacht hochaufgelöste Live-Bilder zur Erde schicken. Diese Bilder der NASA-­Mission High Definition Earth Viewing (HDEV) sind faszinierend und enthalten viele Informationen. Basierend auf diesen HDEV-­Videos unserer Erde werden Lehrmaterialien entwickelt, die die natürlichen Phänomene der Erde und die auftretenden Wechselwirkungen in einem gekoppelten Mensch-Umwelt-System verdeutlichen.

Dabei werden auch die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse erläutert. So thematisiert z. B. das Arbeitsblatt „Streuung und Farben in der Atmosphäre“, wie das Sonnenlicht in der Atmosphäre gestreut wird. Hierzu wurde ein ISS-Video vom Sankt-Lorenz-Strom in Kanada so aufbereitet, dass die Atmosphäreneinflüsse herausgerechnet wurden. Anhand einer kleinen Interaktion, dem Original-Video und der bearbeiteten Version werden den Schülerinnen und Schülern die Rayleigh- und Mie-Streuung erläutert, sodass sie zudem den Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Teilchengröße und Streuung verstehen.

Die Unterrichtseinheit „Stereoskopie“ befasst sich mit 3D als Thema des Faches Physik. Seit 2009 kommen vermehrt 3D-­Filme in die Kinos. Doch wie funk­tio­niert der Effekt? Die Schülerinnen und Schüler lernen die physikalischen Grundlagen der Technik zu verstehen. Sie bekommen u. a. einen Überblick über gängige Techniken, die einen 3D-Seheindruck vermitteln, wie Anaglyphenbilder und Shutter-­Tech­nik. Darüber hinaus lernen sie die physikalischen Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen und grundlegende Begrifflichkeiten wie Polarisation kennen.

Beide Projekte finden Sie hier:
www.columbuseye.uni-bonn.de/unterricht
www.fis.uni-bonn.de

Das Austrockenen des Aralsees in der erweiterten Realität

Exemplarisch soll das Projekt „Aralkum – Vom See zur Wüste“ vorgestellt werden. Im Rahmen dieses Arbeitsblattes wird den Schülerinnen und Schülern am Beispiel des Aralsees verdeutlicht, welche Probleme die voranschreitende Desertifikation in vielen Gebieten der Erde mit sich bringt. Das Arbeitsblatt ermöglicht es, die Entwicklung der Aralsee-Region sowie die gesellschaftlichen und ökonomischen Folgen in den letzten zehn Jahren anhand von ISS-­Videos, Satellitendaten sowie Hintergrundinformationen nachzuvollziehen.

Mit Hilfe der auf Augmented Reality (erweiterte Realität) basierenden App „ColEye – Aralkum“ (kostenlos im Google Play Store) können die Schülerinnen und Schüler eigenständig in die Rolle der Forscher schlüpfen und selbstständig Prognosen erstellen. Auf dem Arbeitsblatt befinden sich Bilder, die als Marker dienen. Werden diese mit dem Smartphone und der App aufgenommen, werden ergänzende weitere Informationen im Handy­display sichtbar. So verwandelt sich z. B. ein einfaches auf dem Arbeitsblatt abgedrucktes Satellitenbild in eine interaktive Zeitreihe, die die Entwicklung des Aralsees von 2000–2016 zeigt. Die Schülerinnen und Schüler lernen zudem, Satellitenbilder zu interpretieren und räumlich zu verorten. Sie werden sie in die Lage versetzt, die in der Aralsee-Region stattfindenden Prozesse einzuordnen, auch mit Blick auf die Konflikte zwischen menschlicher Nutzung und Erhalt des Naturraums.

Angebot der Projekte

Neben den Unterrichtmaterialien bieten die beiden Webportale weitere Zusatzinformationen. Das FIS-Portal verfügt z. B. über eine sehr umfangreiche Info-Box, in der Animationen und Hintergrundinformationen hinterlegt sind. Über eine Suchfunktion können einfach die einzelnen Inhalte erreicht werden. So ist schnell ein Überblick möglich, welche Materialien zur Verfügung stehen.

Dr. Johannes A. Schultz, Dr. Andreas Rienow

Weitere Informationen

Die Schulprojekte „KEPLER ISS“ und „FIS-III“ werden von der Arbeitsgruppe Geomatik der Ruhr-Universität Bochum in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Fernerkundung der Universität Bonn umgesetzt und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert (FKZ: 50JR1701 & 50EE1703). Das FIS-Projekt entwickelt digitale, interaktive, intermediale und interdisziplinäre Unterrichtsmaterialien für die Fächer Biologie, Geographie Mathematik, Physik und Informatik. „KEPLER ISS“ ist das Nachfolgeprojekt von „Columbus Eye – Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht“ und hat zum Ziel, die Erdbeobachtung von der ISS in den Schulunterricht zu integrieren. Basierend auf Videos des NASA „High Definition Earth Viewing Experiment“ (HDEV) entwickelt das Projekt Mate­rialien für den MINT-Bereich.

www.fis.uni-bonn.de
www.columbuseye.uni-bonn.de

C2C: Nachhaltigkeitspionier Werkhaus im Interview

Auch im letzten Unternehmen, das der MINT Zirkel für die Interviewreihe „der positive Fußabdruck“ unter die Lupe genommen hat, wird viel Wert auf Nachhaltigkeit gelegt. Werkhaus stellt seit bereits mehr als 25 Jahren Möbel, Bürobedarf und Kaleidoskope her und macht vor allem durch das Werkhaus-Stecksystem auf sich aufmerksam. Das Unternehmen bezeichnet sich selbst als Nachhaltigkeitspionier – wie sieht es hier mit Cradle-to-Cradle aus?

Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit in Ihrer Firma? Und warum?

Das Thema Nachhaltigkeit beschäftigt uns seit unserer Gründung im Jahr 1992. Für uns bedeutet es, dass wir alle unsere wirtschaftlichen Aktivitäten an unseren vier Nachhaltigkeitsprinzipien ausrichten. Sie heißen:

  • Ökologischer Anspruch
    sowohl bei der Materialauswahl, in der Produktion als auch bei der Gestaltung unserer Produkte
  • Innovative Produkte
    einzigartig, erschwinglich und von langer Lebensdauer
  • Produktion in Deutschland
    Alle Produkte sind „100% made in Germany“. Wir entwickeln und produzieren bewusst und ausschließlich in der Lüneburger Heide.
  • Soziale Verantwortung
    Integration von Menschen mit Handicaps, Ausbildung in sieben verschiedenen Berufen, individuelle Arbeitszeitregelungen, Jobangebote im ländlichen Raum

Wie setzen Sie das Thema Nachhaltigkeit konkret im Unternehmen um?

Dass die Rohstoffe aus nachhaltiger, zertifizierter Produktion und weitgehend aus Deutschland stammen sowie gift-, schadstoff- und lösungsmittelfrei sind, ist für uns höchstes Ziel. Entlang der gesamten Wertschöpfungskette versuchen wir, möglichst CO2-sparend und energieeffizient zu arbeiten. Die Materialien, aus denen die Produkte bestehen (Holz, Papier, Textilien & Gummiringe), erlauben unkomplizierte Reparaturen und sind leicht voneinander zu trennen und zu recyceln. Integration wird bei WERKHAUS gelebt.

Kennen Sie Cradle to Cradle? Wenn ja, beschreiben Sie kurz, was Sie darunter verstehen.

Cradle-to-Cradle beschreibt eine sehr konsequente Art der Kreislaufwirtschaft, bei der Rohstoffe wiederverwendet werden und keine Abfälle, sondern neue Rohstoffe entstehen. Im Gegensatz zum Upcycling von Abfällen zu neuartigen Produkten, soll von Beginn an „im Kreis“ gedacht werden, also ein Produkt so konzipiert werden, dass es weder neue Ressourcen verbraucht noch unverwertbare Abfälle entstehen.

Setzen Sie bereits Inhalte des C2C – Konzeptes in Ihrer Firma um?

Viele Ansätze des C2C-Konzepts setzen wir bereits um. So ist z. B. unser Grundmaterial, die mitteldichte Faserplatte (MDF) ein Recyclingprodukt aus der Holzwirtschaft. Im Allgemeinen als eher geringwertiges Material angesehen, verwandeln wir es in hochwertige, innovative und trendige Produkte für den alltäglichen Gebrauch. Auch die modulare Bauweise unserer Produkte harmoniert mit dem C2C-Konzept, denn es sorgt bei den sowieso bereits langlebigen Produkten für Reparaturfähigkeit und für Recyclingfähigkeit der einzelnen Komponenten. Vor allem die Holzwerkstoffe, die wir einsetzen, können verschiedenen Nutzungen zugeführt werden: Die Vollholzplatten können stofflich, die Faserplatten thermisch verwertet oder auch kompostiert werden. Die Möglichkeit, unsere Produkte in Einzelteilen flach zu verpacken, spart zusätzlich Ressourcen und Transportvolumen. Bei unseren Textilien achten wir auf einen hohen Recyclinganteil, wie z. B. ein Polsterstoff mit recycelten Kaffeesäcken beweist. Unser Schaumstoff hat zumindest einen Anteil an Sonnenblumenöl.

Wo liegen für Ihre Firma und Ihre Branche die größten Herausforderungen / Schwierigkeiten in der Umsetzung von nachhaltigen Konzepten?

Die 100%ige Umsetzung des C2C-Konzepts fällt uns trotz der vielen Übereinstimmungen schwer. Dies liegt zum einen daran, dass ressourcenschonende Materialien und Recyclingmaterialien nicht erhältlich oder nicht konkurrenzfähig sind. Zum anderen haben wir wenig Einfluss auf den Verbleib unserer Produkte bzw. ihrer Einzelteile, gerade weil unsere Artikel so langlebig sind. Trotz dieser Schwierigkeiten gelingt uns die Umsetzung nachhaltiger Unternehmenskonzepte relativ gut, was unsere steigenden Umsätze und Mitarbeiterzahlen und nicht zuletzt zahlreiche Auszeichnungen unseres Engagements beweisen.

Dieses Interview ist Teil unseres Projektes „Der positive Fußabdruck“. Dabei geht es darum, dass die Lehrerin Ingrid Richl in Kooperation mit dem MINT Zirkel Schulmaterial über das Konzept Cradle to Cradle in die Schulen bringen möchte. MINT Zirkel unterstützt sie dabei und begleitet den Prozess, unter anderem mit dieser Interviewreihe. Interessant? Mehr Artikel zum Projekt „Der positive Fußabdruck“.

Spazieren gehen für die Wissenschaft

Schmetterlinge mag eigentlich jeder Mensch. Sie sind beliebt und ein Sinnbild für Sommer, Leichtigkeit und Schönheit. Man findet sie nicht nur im Original in der freien Natur, sondern auch auf Werbeprospekten, als Tattoos oder als Logo für unterschiedliche Produkte. Gleichzeitig sind Schmetterlinge auch in der Wissenschaft – und hier besonders in der Ökologie – sehr beliebt, da sie bei bestimmten Fragestellungen als Indikatoren (= Zeiger­arten) herangezogen werden können.

Weil Schmetterlinge so beliebt sind, sind viele Menschen bereit, sich für ihren Schutz einzusetzen und sich an Zählaktionen zu beteiligen. In Deutschland gibt es dazu die Möglichkeit, sich an dem Projekt „Tagfalter-Monitoring Deutschland“ zu beteiligen. In diesem sogenannten „Citizen-Science-Projekt“ zählen ehrenamtliche Schmetterlingsfreundinnen und -freunde jedes Jahr auf den gleichen Strecken von April bis September einmal wöchentlich Schmetterlinge.

Die erhobenen Daten werden am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ in Halle gesammelt und ausgewertet. Unter „Citizen Science“, oder auf Deutsch etwas sperrig „Bürger-Wissenschaften“, versteht man Projekte, bei denen alle die Möglichkeit haben, die Arbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu unterstützen und so neue Erkenntnisse zu gewinnen. In Deutschland gibt es mittlerweile zahlreiche Projekte mit Bürgerbeteiligung, so kann man beispielsweise den Sternenhimmel beobachten, Mücken zählen, Kunstwerke beschreiben oder eben auch Schmetterlinge zählen. Einen guten Überblick über diese „Citizen-Science-­Projekte“ gibt die Webseite www.buergerschaffenwissen.de.

Daten sind die Basis für die Wissenschaft

Viele Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Projektes „Tagfalter-Monitoring Deutschland“ nehmen an dem Projekt teil, weil sie den Eindruck haben, dass es in ihrer Jugend viel mehr Schmetterlinge gab. Nun möchten sie erfahren, warum das so ist und zum Schutz der Arten beitragen. Ein standardisiertes Monitoring ist hier eine gute Methode, um festzustellen ob, und wenn ja, in welchem Umfang die Arten zurückgegangen sind. Daten, die über einen langen Zeitraum und möglichst immer an den gleichen Stellen erhoben wurden, bilden die Basis für fundierte wissenschaftliche Auswertungen. Sie geben Auskunft darüber, wie sich die Bestände entwickelt haben und können mit anderen Langzeitdaten (z. B. Klimadaten, Daten zum Landnutzungswandel) in Zusammenhang gebracht werden. Will man die Arten effektiv schützen, so ist es wichtig zu verstehen, welche Faktoren sie bedrohen oder auch begünstigen. Zur Erhebung der Daten kann jeder beitragen, ganz einfach, indem man „spazieren geht“ und dabei die Schmetterlinge notiert, die man sieht.

Tagfalter und Nachtfalter

Aber zurück zu den Schmetterlingen. In der Biologie unterscheidet man zwischen Tag- und Nachtfaltern. Tagfalter sind die meist großen und bunten Schmetterlinge, die tagsüber im Garten oder auf den Wiesen fliegen. In Deutschland unterscheidet man 140 verschiedene Tagfalter-Arten. Die Gruppe der Nachtfalter ist dagegen deutlich größer, es gibt ca. 3.600 verschieden Arten, die zu ganz unterschiedlichen systematischen Gruppen gehören. Meist spricht man hier von Motten, aber es gibt auch große Schwärmer-Arten, winzig kleine Zünsler- oder bunte Eulenfalter-­Arten. Die meisten sind nachtaktiv, aber es gibt auch einige tagaktive Nachtfalter.

 

Abb. 1: Fühler der Tagfalter mit der klassischen keulenförmigen Verdickung © Erk Dallmeyer

 

Die Einteilung der Falterarten in die verschiedenen Gruppen erfolgt anhand der biologischen Systematik. Die Arten werden danach eingeteilt, wie ähnlich sie sich äußerlich (morphologisch), innerlich (anatomisch) sowie hinsichtlich ihrer Entwicklung (ontogenetisch) sind. Um Tag- von Nachtfaltern unterscheiden zu können, gibt es ein einfaches Merkmal. Alle Tagfalter haben Fühler, deren Enden keulenförmig verdickt sind (siehe Abb. 1). Die Fühler von Nachtfaltern können ganz unterschiedlich aussehen, zum Beispiel fadenförmig, fächerförmig, sehr lang oder sehr kurz, aber nie mit verdickten Füh­­ler­enden (siehe Abb. 2). Die Gruppe der Tagfalter ist also überschaubar und deshalb sehr gut für ein „Citizen-­Science-­Projekt“ geeignet. Zudem gibt es gute Bestimmungsbücher, auch Anfänger können sich so relativ schnell die Kenntnis der Arten aneignen.

 

Fuehler-Nachtfalter

Abb. 2: Fühler der Nachtfalter sind nie keulenförmig verdickt © Rosemarie Kappler

 

Tagfalter zählen für die Wissenschaft

Für die Ökologie sind Tagfalter deshalb so interessant, weil sie gute Indikatorarten sind. Ihre An- oder Abwesenheit auf einer Fläche kann Zeiger dafür sein, wie es insgesamt mit der Biodiversität (= Artenvielfalt) der Fläche bestellt ist. Theoretisch könnte man auch andere Insekten als Indikatorarten verwenden. Auch Käfer, Zikaden oder Wanzen wären dazu gut geeignet. Diese Arten sind jedoch viel schwieriger zu bestimmen als Tagfalter und bei weitem nicht so beliebt wie die bunten Frühlingsboten.

Die im Tagfalter-Monitoring gesammelten Daten geben der Wissenschaft wichtige Hinweise darauf, wie sich die Zahl der Falter über die Jahre hinweg entwickelt. Ist es tatsächlich so, dass Schmetterlinge immer seltener werden? Und wenn ja, warum ist das so? Die ersten Ergebnisse des Tagfalter-Monitorings zeigen, dass sich einzelne Tagfalter-Arten ganz unterschiedlich entwickeln. Es gibt Arten, die seltener geworden sind, es gibt aber auch einige, deren Bestände stabil geblieben sind und einige wenige Arten sind mittlerweile tatsächlich häufiger. Allerdings werden erst seit 2005 Tagfalter in Deutschland systematisch gezählt und es ist sehr wahrscheinlich, dass der stärkste Rückgang bereits viele Jahre vorher stattgefunden hat. Vergleicht man historische Beschreibungen von Schmetterlingskundlern aus dem 19. Jahrhundert mit der heutigen Situation, so sind manche der damaligen Beschreibungen heute unvorstellbar. Man findet Beschreibungen von „Wolken von Schmetterlingen“ und heute extrem seltene Arten werden als „überall häufig“ beschrieben.

 

Abb. 3: Der Zitronenfalter ist einer der ersten Tagfalter, den man im Frühjahr beobachten kann © Joachim Müncheberg

Der Rückgang der Insekten ist dramatisch

Aber nicht nur die Tagfalter werden seltener, sondern die Insekten insgesamt. Dies belegt eine Studie, bei der Entomologen (= Insektenkundler) über 27 Jahre hinweg in ihrer Freizeit Insektenfallen an verschiedenen Orten in Deutschland aufgestellt und die gefangenen Insekten ausgewertet haben. Sie konnten zeigen, dass die Biomasse der Fluginsekten in den Fallen, also alle in den Fallen gefangene Tiere zusammengefasst, deutlich abgenommen hat. Insgesamt konnten sie nach 27 Jahren mehr als 75 Prozent weniger Biomasse in den Fallen nachweisen, ein dramatischer Rückgang. Nun mag der eine oder die andere denken, dass es doch gar nicht so schlecht ist, wenn es im Sommer zum Beispiel weniger Mücken oder Wespen gibt.

Insekten sind jedoch die artenreichste Tiergruppe und einer der Grundpfeiler unseres Ökosystems. Sie dienen zahlreichen anderen Tierarten (Vögel, Fledermäuse, Frösche …) als Nahrung und sie bestäuben viele Pflanzen. Fehlen also die Insekten, so fehlen bald auch viele andere Tier- und Pflanzenarten. Für den Menschen wird insbesondere das Fehlen von bestäubenden Insekten eine enorme Auswirkung haben. Denn viele Pflanzen, die unsere Ernährung sichern, werden von Insekten bestäubt.

Warum werden Insekten immer seltener?

Warum die Zahl der Insekten in den letzten Jahrzehnten so stark zurückgegangen ist, konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler noch nicht eindeutig erklären. Dazu fehlen ihnen einfach die Daten. Eine Reihe von Faktoren sind möglich wie zum Beispiel der Einsatz von Pestiziden und Dünger, die aktuelle Landnutzung und die Veränderung der Landnutzung über die Jahrzehnte hinweg oder der Klima­wandel. Wissenschaftliche Analysen können jedoch nur für Faktoren gemacht werden, für die ausreichend Daten vorliegen. Es scheint sehr wahrscheinlich, dass Klima­wandel und Land­nut­zungs­än­de­run­gen zwar auch Auswirkungen auf die Insekten­bestände haben, der entscheidende Faktor für den Rückgang jedoch der großflächige Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft sowie eine Über­dün­gung der Flächen ist. Hier konnten bislang leider nur Korrelationen und (noch) keine Kausalitäten belegt werden. Korrelationen zeigen an, ob zwei Faktoren sich gemeinsam verändern. Ob es jedoch Wechselwirkungen zwischen diesen Faktoren gibt, ist damit noch nicht gesagt.

Der Einfluss des Klimawandels auf die Tagfalter

Auch wenn in den Medien manchmal der Eindruck entsteht, dass es immer noch unsicher ist, ob es menschengemachten Klimawandel überhaupt gibt, so ist dies doch für mehr als 90 Prozent der Expertinnen und Experten, die sich mit diesem Thema beschäftigen, ein Fakt. Durch den erhöhten Ausstoß von Kohlendioxid hat sich unsere Atmosphäre in den letzten Jahrzehnten rapide erwärmt und die Erwärmung fand in einem viel kürzeren Zeitraum und deutlich stärker statt als jemals zuvor in der Geschichte. Dies hat natürlich auch Auswirkungen auf die Tiere und Pflanzen. Ökologinnen und Ökologen haben zur Ermittlung dieser Auswirkungen einen Index entwickelt. Der CTI (= Community Temperature Index) wurde zunächst für Vögel, dann aber auch für Tagfalter und andere Tierarten berechnet. Die Berechnung erfolgt, indem für jede Art zunächst der STI (= Species Temperature Index) errechnet wird. Bei den Tagfaltern schaut man sich hier die Verbreitung der Art an und die durchschnittliche Temperatur in dem Verbreitungsgebiet. Dazu wird ein Raster über das Verbreitungsgebiet einer Art gelegt und anhand von Klimadaten die durchschnittliche Temperatur der Kartenraster errechnet, in denen diese Art vorkommt. Für jede Art ergibt sich also ein durchschnittlicher Temperaturwert (STI).

 

KlimatischeSchuld

Abb. 4: Die Folgen dieses Effektes sind derzeit noch nicht abzusehen

 

Dann schaut man sich die Artgemeinschaft in einem bestimmten Gebiet an und ermittelt den durchschnittlichen Wert des STI für alle anwesenden Arten (CTI). Der so errechnete CTI wird dann über mehrere Jahre hinweg für die Artengemeinschaft errechnet und ermöglicht Aussagen dazu, ob und wenn ja, in welchem Ausmaß sich die Artengemeinschaft verändert hat. So konnte gezeigt werden, dass sich wärmeliebende Tagfalterarten in Europa immer weiter nach Norden ausbreiten. Ein großes Problem tritt hier jedoch auf. Die durchschnittliche Temperatur Richtung Norden erhöht sich pro Jahr schneller als die Tiere hinterher wandern können (klimatische Schuld).

Elisabeth Kühn

Weitere Informationen

Linktipps
Das Projekt „Tagfalter-Monitoring Deutschland“ ist ein „Citizen-Science-­Projekt“, bei dem jeder mitmachen kann.
www.tagfalter-monitoring.de

Die Lernsoftware PRONAS (PROjektionen der NAtur für Schulen) vermittelt For­schungs­ergeb­nisse zum Einfluss des Klima­wandels auf die biologische Viel­falt. Diese basieren auf dem vom UFZ koordinierten internationalen Forschungsprogramm ALARM (A LArge scale Risk assessment for biodiversity with tested Methods).
www.alarmproject.net
www.ufz.de/pronas-lernsoftware

Unterrichtsmaterialien zur Lernsoftware PRONAS finden Sie hier: www.bit.ly/2F699R2

Literatur
Devictor et al. (2012): Differences in the climatic debts of birds and butterflies at a continental scale. Nature Climate Change 2.2, 121–124.
Hallmann et al. (2017): More than 75 percent decline over 27 years in total flying insect biomass in protected areas. PLOS ONE.

Sportspielanalysen durchführen wie die Profis – bezahlbar für Amateure!

Otto Rehhagel sagte einmal „Geld schießt keine Tore.“ Im Profisport werden zur Verfeinerung der Torschusstechnik jedoch teure Bewegungs- und Spielanalysegeräte eingesetzt, um die nächste Meisterschaft zu garantieren. Solch eine teure Technik können sich Schulen oder kleinere Vereine in der Regel nicht leisten. Vielleicht spielt Geld also doch eine Rolle, wenn es um‘s Tore schießen geht. Continue reading

VS im Interview: Nachhaltigkeit und Schulmöbel

Die meisten von uns saßen bereits darauf oder daran: Die Schulmöbel von VS. Seit bereits mehr als 110 Jahren stattet das Unternehmen Schulen, Büros, Verwaltungen und Konferenzbereiche mit Möbeln aus. Nachhaltigkeit spielt bereits eine große Rolle, aber wie sieht es mit dem Cradle to Cradle-Konzept aus? Wir haben nachgefragt.

Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit in Ihrer Firma? Und warum?

Nachhaltigkeit ist das zentrale Thema für die Zukunftsfähigkeit des Lebens auf dem Planet Erde und betrifft jeden Einzelnen als auch jedes Unternehmen, um uns und den nachfolgenden Generationen eine lebenswerte Umwelt zu hinterlassen. Als Verbraucher von vielen Ressourcen sind die produzierenden Unternehmen besonders gefordert und jeder Einzelne in seinem Verhalten als Konsument. Vor diesem Hintergrund ist die VS schon seit 10 Jahren Mitglied in der Organisation „Global Compact“, einer Initiative der Vereinten Nationen (UN). In dieser Organisation wurden die umfassendsten Kriterien einer nachhaltigen und sozial gerechten Verhaltensweise von Unternehmungen entwickelt. Darüber hinaus sind unsere Produkte zertifiziert nach TÜV, Greenguard, PEFC, und LGA schadstoffgeprüft.

Wie setzen Sie das Thema Nachhaltigkeit konkret im Unternehmen um?

Aufgrund der Vorgaben, die sich aus den Anforderungen der zertifizierenden Behörden und Organisationen ergeben. Weiterhin setzen wir uns in der Unternehmensplanung eigene Ziele, insbesondere in der Reduktion der CO2 Emissionen. Dabei ersetzen wir vor allem fossile Energieträger durch nachwachsende Holzabfälle, die bei der Möbelproduktion als „Abfall“ anfallen und durch Solartechnik.

Kennen Sie Cradle to Cradle? Wenn ja, beschreiben Sie kurz, was Sie darunter verstehen.

Wir kennen C2C und wenden es auch an. Zur Zeit befinden sich zwei unserer wichtigsten Produkte in der Überprüfung zur Zertifizierung nach C2C. Im Wesentlichen verstehen wir darunter nicht allein eine Umwelt verträgliche Produktion, sondern auch die vollständige Rückführung eines zurückgenommenen Produkts in den Produktionsprozess für ein neues Produkt.

Setzen Sie bereits Inhalte des C2C – Konzeptes in Ihrer Firma um?

Ja, wie bereits erwähnt erarbeiten wir zur Zeit die C2C Zertifizierung für einen Schulstuhl und einen Schultisch.

Wo liegen für Ihre Firma und Ihre Branche die größten Herausforderungen / Schwierigkeiten in der Umsetzung von nachhaltigen Konzepten?

Die größte Herausforderung liegt in der vollständigen Rückführung eines zurückgegebenen Produktes in ein neues Produkt. Dies gelingt Stand heute nur teilweise.

Dieses Interview ist Teil unseres Projektes „Der positive Fußabdruck“. Dabei geht es darum, dass die Lehrerin Ingrid Richl in Kooperation mit dem MINT Zirkel Schulmaterial über das Konzept Cradle to Cradle in die Schulen bringen möchte. MINT Zirkel unterstützt sie dabei und begleitet den Prozess, unter anderem mit dieser Interviewreihe. Interessant? Mehr Artikel zum Projekt „Der positive Fußabdruck“.

Wie setzt ZINQ Nachhaltigkeit und Cradle to Cradle um?

ZINQ widmet sich nun schon seit fast 130 Jahren dem Feuerverzinken und Beschichten von Stahl aus allen denkbaren Anwendungsgebieten. Inzwischen hat das Unternehmen 1.700 Mitarbeitern an 36 Standorten in Deutschland, den Benelux-Ländern und Polen. Und wie sieht es mit dem „positiven Fußabdruck“ aus? MINT Zirkel musste einfach nachfragen: Wie wird Nachhaltigkeit und Cradle to Cradle umgesetzt?

Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit in Ihrer Firma? Und warum?

Als familiengeführtes, mittelständisches Unternehmen, das bis auf die Gründung im Jahr 1889 zurückgeht, sind für uns die Werte des langfristigen und verantwortungsvollen Denkens und Handels im Hinblick auf unsere Prozesse und Produkte, unsere Standorte mit ihren Mitarbeitern sowie die Auswirkungen unseres Tuns auf unsere Umwelt, in Summe gleichsetzbar mit dem Begriff des nachhaltigen Wirtschaftens, zur Sicherung des Unternehmenserfolges von sehr hoher Bedeutung. Entsprechend ist seit 1995 der Aspekt der Nachhaltigkeit in den Unternehmensleitlinien und seit Jahr 2008 in der Unternehmensinitiative PlanetZINQ verankert.

Wie setzen Sie das Thema Nachhaltigkeit konkret im Unternehmen um?

Nachhaltigkeit im Hinblick auf unsere Prozesse und Produkte umfasst sowohl Maßnahmen zur Verbesserung der Effizienz wie auch der Effektivität. Im Bereich der Effizienz arbeiten wir kontinuierlich an der Reduzierung der erforderlichen Energiemenge sowie der Verwertung anfallender Abwärme im Prozess über Wärmerückgewinnungssysteme. Auch die Steigerung der Materialeffizienz nimmt eine große Rolle ein, z.B. im Hinblick auf die bedarfsgerechte Anpassung der applizierten Zinkschichten. Für die Eigenentwicklung des Dünnschicht-Verzinkungsverfahrens microZINQ® wurden wir 2013 mit dem Deutschen Rohstoffeffizienzpreis ausgezeichnet. Im Bereich der Effektivität setzen wir seit 2010 Verbesserungsmaßnahmen gemäß der Cradle-to-Cradle-Philosophie um und steigern derart die positive Wirkung unserer Prozesse und Produkte.

Kennen Sie Cradle to Cradle? Wenn ja, beschreiben Sie kurz, was Sie darunter verstehen.

Seit 2010 beschäftigen wir uns intensiv mit C2C, insofern ist diese Philosophie bei uns bekannt. Die Logik von C2C, dass es keinen Abfall gibt, sondern dass alle eingesetzten Rohstoffe permanent in Kreisläufen geführt werden sollen, passt sehr gut zu uns als Unternehmen der NE-Metallindustrie, wo das stete Sammeln, Aufbereiten und Wiederverwerten von metallreichen Abfällen und/oder Altprodukten seit jeher von großer Bedeutung ist. C2C beinhaltet für uns insbesondere zwei Aspekte: Die Verwendung von hochwertigen, „guten“ Materialien und Inhaltsstoffen sowie die Möglichkeit, diese im Rahmen einer zirkulären Prozess- und Produktführung zu erhalten bzw. wiederzugewinnen.

Setzen Sie bereits Inhalte des C2C – Konzeptes in Ihrer Firma um?

Wir setzen die Inhalte des C2C-Konzeptes in vielfältiger Weise um: im Rahmen eines vollständigen Prozess-Assessments wurde eine ABC-X-Analyse der von uns verwendeten Prozessstoffe durchgeführt mit anschließendem Austausch einzelner Stoffe (Aspekt „Material Health“). Die Wiederverwertung von Stoffen bezieht sowohl die Aufbereitung der Prozessabfälle (anorganische Lösungen und zinkreiche Stoffe) wie auch verzinkter Altprodukte ein (Aspekt „Approval of materials reutilization“). In den Bereich „Approval of Renewable Energy & Carbon Management“ fallen Maßnahmen wie die vollständige Umstellung auf Ökostrom im Jahr 2012 sowie die Einführung eines Energiemanagementsystems nach ISO 50001.

Im Jahr 2013 erfolgte die C2C-Zertifizierung unseres Hauptproduktes duroZINQ®, übrigens die erste und bisher einzige Zertifizierung eines kathodischen Korrosionsschutzsystems, die in den Folgejahren durch Re-Zertifizierungen sowie eine zusätzliche Zertifizierung des Produktes microZINQ® bestätigt wurde

Wo liegen für Ihre Firma und Ihre Branche die größten Herausforderungen / Schwierigkeiten in der Umsetzung von nachhaltigen Konzepten?

Eine große Herausforderung bezieht sich auf die Suche nach einer nachhaltigen Lösung für die Beheizung der Verzinkungskessel. Die aktuellen Systeme basieren branchenweit auf erdgasbefeuerten Kesseln, d.h., unter Verwendung von nicht-regenerativen Energien. Eine Umstellung auf strombetriebene Öfen, die die Nutzung von Strom aus regenerativen Quellen ermöglichen, ist zwar aus technischer Sicht prinzipiell möglich, jedoch unter wirtschaftlichen Aspekten sowohl im Hinblick auf die notwendige Anlageninvestition als auch die Betriebskosten nicht darstellbar. Alternativ ist die Nutzung von Power-to-Gas-Anlagen und die Verwendung aus derart erzeugtem Gas denkbar. Bei dieser Variante wären Investitionen in entsprechende P2G-Kapazitäten notwendig, von denen jedoch eine sehr große Anzahl industrieller Verbraucher profitieren könnte.

Dieses Interview ist Teil unseres Projektes „Der positive Fußabdruck“. Dabei geht es darum, dass die Lehrerin Ingrid Richl in Kooperation mit dem MINT Zirkel Schulmaterial über das Konzept Cradle to Cradle in die Schulen bringen möchte. MINT Zirkel unterstützt sie dabei und begleitet den Prozess, unter anderem mit dieser Interviewreihe. Interessant? Mehr Artikel zum Projekt „Der positive Fußabdruck“.

Einstein-Wettbewerb für Schüler und Schulklassen

Wer gewinnt dieses Jahr den „Goldenen Albert 2018“?! Zum Wettbewerb des weltbekannten Einstein Museums in Bern am 15. Juni 2018 sind Beiträge von Schülern und Schulklassen herzlich willkommen.

Im Jahr 1905 revolutionierte das Wissenschaftsgenie Albert Einstein in Bern sowohl die Physik als auch unser Verständnis des Kosmos mit nur einer einfachen, mathematischen Idee: der Symmetrie. Zahlreiche Physik-Nobelpreisträger bewundern heute Einstein mehr denn je dafür. Denn für viele der führenden Physiker des 21. Jahrhunderts ist Symmetrie der Kernbaustein der Sprache der Natur, die sie erforschen. In ihrem Buch „Symmetrie und das Wunderschöne Universum“ schreiben die Physiker Leon Lederman und Christopher Hill daher: „Die Sprache ist gelernt — welche neuen Antworten auch immer gefunden werden (…) im Zentrum wird die Symmetrie stehen.“ Frank Wilczek, der bekannte Physiker vom MIT in Boston weist in seinem Buch „Eine Wunderschöne Frage“ darauf hin, dass Einstein einen neuen Gedankenansatz über die grundlegenden Prinzipien der Natur einführte und dadurch die Symmetrie als ein grundlegendes, kreatives Prinzip von der Wissenschaft erkannt wurde.

Einmal im Jahr feiert das berühmte Einstein Museum in Bern, das bereits Millionen von Besuchern aus der ganzen Welt begeisterte, das große Wissenschaftsgenie, Albert Einstein, mit einem Festival, bis tief in die Nacht, und dem renommierten Wettbewerb „Goldener Albert“. Jeder darf mitmachen und ist herzliche eingeladen, vor allem auch Schüler und Schulklassen! Das diesjährige Thema des Wettbewerbs lautet «Einstein: Flüchtling und Pazifist». Dazu heißt es auf der Museumswebsite: „Die Art des Beitrags ist dabei nicht entscheidend; viel wichtiger sind Ideenreichtum und Originalität.“ Grund genug für MINT-Gastautor George Hohbach das Cradle to Cradle Schulbuchprojekt von Ingrid Richl mit dem Artikel „Einsteins revolutionäres Äquivalenzprinzip und das bahnbrechende Cradle to Cradle Konzept“ auf MINT Zirkel als positive, konstruktive Idee, die für Mensch und Planet nützlich ist, beim Wettbewerb einzureichen.

Anmelden kann man sich mit dem Formular auf der Website des Bernischen Historischen Museums. Wer nicht persönlich zum Wettbewerbstermin nach Bern kommen kann, lässt sich einfach von Frau Elke Lohmann, der Kommunikationschefin des Museums, vertreten und vermerkt dies auf dem Anmeldeformular.

Bei Fragen kann man sich gerne an Frau Lohmann wenden: Email: [email protected], Tel.: +41 31 350 77 36.

MINT-Gastautor George Hohbach hatte die Gelegenheit Frau Lohmann, die selbst ein großer Einstein-Fan ist, zum Wettbewerb zu interviewen:

George Hohbach: Wie kam die Idee zu “Eine Nacht mit Albert” und dem Wettbewerb “Goldener Albert” zustande? Was steht hinter dem Konzept der Veranstaltung, das sich als “Scientainment”, als Verbindung von Wissenschaft und Entertainment, versteht?

Elke Lohmann: Das Einstein Museum ist eine von zwölf Dauerausstellungen des Bernischen Historischen Museums und seit seiner Eröffnung ein Publikumsmagnet. Im Jahr 2015 feierte es sein 10jähriges Bestehen und seinen 500’000. Besucher. Ebenfalls 2015 wurde weltweit des 100jährigen Jubiläums der Allgemeinen Relativitätstheorie gedacht. Dies veranlasste das Bernische Historische Museum zu einem Anlass ganz im Zeichen des genialen Physikers: Am 10. April 2015 fand zum ersten Mal die «Nacht mit Albert» statt. Bei Vorträgen, Führungen, einem Science Slam und zahlreichen Mitmachaktivitäten begaben sich die Besucher auf die faszinierenden Spuren des Genies. Der Erfolgt führte dazu, dass der Anlass zur Wissensvermittlung seit 2016 jährlich wiederkehrend unter dem Namen «Eine Nacht mit Albert» stattfindet. Seit 2016 wird zudem im Rahmen eines Wettbewerbs der «Goldene Albert» verliehen.

Was ist das langfristige Ziel?

Mit dem Anlass verfolgt das Bernische Historische Museum das Ziel, interessierten Laien sowohl komplexe physikalische Phänomene näher zu bringen, als auch historisches Wissen zu vermitteln. Analog zum Konzept des Einstein Museums, das sowohl die Theorien Einsteins erklärt, als auch Einblicke in sein Leben offenbart, weckt die «Nacht mit Albert» das Interesse für naturwissenschaftliches und kulturgeschichtliches Wissen. Im Sinne des Scientainment erfolgt die Wissensvermittlung dabei unterhaltsam dialogisch. Nicht monologische Vorträge stehen im Vordergrund, sondern das Mitmachen, Erleben und Erfahren.

Wie stellen Sie sich die Zukunft für dieses vielseitige Projekt vor?

Es wird in jedem Jahr ein neuer Schwerpunkt gesetzt (2016 = Relativität, 2017 = Lichtgeschwindigkeit). So können wir auch eine sehr junge Zielgruppe ansprechen und für unser Museum begeistern.

Was fasziniert Sie persönlich an Albert Einstein?

Mich fasziniert, wie logisch und kohärent Albert Einstein über Grundphänomene der Natur und des Universums nachdenken konnte. Dabei war seine physikalische Intuition oft besser als seine mathematischen Fähigkeiten. Er hatte die Begabung, dabei alle bekannten Annahmen zu ignorieren und alles nochmal neu zu denken – was von einer großen Originalität zeugt und einen neuen Blick auf die Dinge ermöglichte.

Herzlichen Dank für das Interview.

„Wir sind international“, sagte Museumsdirektor, Dr. Jakob Messerli, MINT-Gastaustor George Hohbach, der letztes Jahr den zweiten Platz beim Einstein-Wettbewerb belegte, und fügte hinzu, dass sich das Museum sehr über Beiträge aus aller Welt freut!

Also: Viel Spaß beim Mitmachen!

Lotuseffekt zum Staunen und Selbermachen

Trotz Regen trockene Füße? Das war nicht immer so! Grund für diese mittlerweile fast schon selbstverständlich gewordene Tatsache ist die wasserabweisende Wirkung von Schuhen bzw. Schuhcremes. Diese machen sich einen faszinierenden Mechanismus zu Nutze: den Lotuseffekt. Inspiriert aus der Pflanzenwelt findet er Anwendung in vielen Bereichen: bei Putzmitteln oder Lacken, aber auch in unserer Kleidung, z.B. als Schutz vor der berühmt berüchtigten Tomatensoße. Er lässt sich durch die Verrußung von Oberflächen leicht herstellen und bietet somit Potential für einen spannenden Unterricht mit Schülerversuchen.

Die Baden-Württemberg Stiftung möchte das naturwissenschaftliche Interesse der Schülerinnen und Schüler durch ihr Programm „mikro makro mint“ wecken und Schülerforschungsprojekte fachlich und finanziell fördern. Zusammen mit Klett MINT wurde ein Buch mit Arbeitsblättern und Experimenten zum Thema „Forschen in der Schule“ entwickelt. Als kleine Kostprobe aus dem Forscherbuch wird im Folgenden das Arbeitsblatt für eine experimentierfreudige Doppelstunde zum Thema Lotuseffekt vorgestellt. In dem Buch finden Sie auch Hinweise zur Vorbereitung und Anstöße für spannende Folgeexperimente.

Arbeitsblatt zum Lotuseffekt: Sauber abgeperlt – Ein rußiger Einstieg

Forscher-Checkliste

  • Löffel in verschiedenen Größen
  • unterschiedliche Kerzen (oder/und Brennpaste, Grillanzünder …)
  • Wasserglas
  • Streichholzer oder Feuerzeug
  • Pipette
  • Wasser
  • feuerfeste Unterlage, notfalls Alufolie für den Tisch

Kaum zu glauben: Hier machen wir mit Schmutz sauber! An einer „dreckigen“ Schicht Ruß perlt Wasser ab. Diese Eigenschaft, Wasser oder andere Stoffe von einer Oberfläche abzuweisen und Tropfen auf der Oberfläche wie Murmeln herunterlaufen zu lassen, nennt man den „Lotuseffekt“.

Auf dem Weg zum Lotus-Spezialisten für perfekte Schutzschichten hier zum Einstieg zwei spannende Forscheraufgaben: Wie lässt sich eine möglichst gute Lotus-Rußschicht erzeugen? Welche Kerzen bzw. Brennmaterialien führen zu den besten Ergebnissen?

Vorbereitungen: Besprich in deiner Gruppe die einzelnen Forschungsschritte und hole erst dann das Material in den Mengen, die ihr tatsächlich benötigt. Erst wenn alles am Arbeitsplatz ist, solltet ihr mit den Untersuchungen beginnen.

Erster Eintrag ins Laborbuch:

  • Name des Forscherblattes, Datum, Gruppenmitglieder + Aufgaben
  • Welche Art von Löffel wird benutzt?
  • Auf welcher Seite soll der Löffel berußt werden?
  • Erstelle eine Tabelle für die Versuchsergebnisse.

Durchführung Versuch 1

1. Fülle das Glas bis zur Hälfte mit Wasser.
2. Stelle eine Kerze auf den Labortisch (feuerfeste Unterlage nicht vergessen!) und zünde diese an.
3. Halte den Löffel mit der gewählten Seite schräg so über die Flamme, dass diese rußt und sich eine Rußschicht auf der Oberfläche des Löffels bildet.
Achtung! Der Löffel wird sehr heiß!
4. Lass den Löffel abkühlen.
5. Entnimm mit der Pipette Wasser aus dem Glas und gib einen Tropfen in oder auf den Löffel.
6. Für besonders Aufgeweckte: Miss jeweils die Zeit, die der Löffel über die Kerze gehalten wird.

Durchführung Versuch 2

Wiederhole die Arbeitsschritte aus Versuch 1 mit vier Löffeln, die du nach unterschiedlichen Verfahren mit einer Rußschicht versiehst. Ändere dabei entweder den Löffel, die Zeit über der Kerze oder die Höhe, in der du den Löffel über die Kerze hältst. Du kannst natürlich auch verschiedene Kerzen testen.
Achtung: Bei diesem Versuch ist es sehr wichtig, dass immer nur eine Sache geändert wird. Wenn du die Höhe über der Kerze erforschen willst, dann nimm immer gleiche Löffel, die gleiche Kerze und die gleiche Löffelform. Beobachte genau die Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchen.

Laborbucheintrag

  • Notiere deine Beobachtungen zum Versuch.
  • Wie verhält sich der Wassertropfen auf der berußten Fläche?
  • Wie verhält sich im Vergleich dazu ein Wassertropfen normaler weise in oder auf einem Löffel? Beschreibe den Unterschied.
  • Notiere deine Beobachtungen zum Versuch.
  • Wie verhält sich das Wasser auf den unterschiedlich berußten Oberflächen? Entdeckst du Gemeinsamkeiten und Unterschiede?
  • Was ist deiner Meinung nach die beste Art, eine Lotus-Rußschicht herzustellen?

Wenn du mit beiden Versuchen fertig bist, räume alle Materialien wieder auf, reinige den Löffel mit Spülmittel und Wasser und putze deinen Arbeitsplatz.

Dieses und weitere Arbeitsblätter können hier heruntergeladen werden.

Melden Sie Ihre jungen Forscher an beim Programm „mikro makro mint“ der Baden-Württemberg Stiftung

Der Lotuseffekt hat Ihren Schülerinnen und Schülern imponiert und deren Forschergeist geweckt? Sie wollen ein eigenes Projekt auf die Beine stellen, es fehlen aber noch die finanziellen Mittel? Dann bewerben Sie sich für eine Teilnahme am Programm „mikro makro mint“ der Baden-Württemberg Stiftung, das Schülerprojekte für ein Schuljahr mit bis zu 2500 Euro fördert. Teilnahmebedingungen, Bewerbungsbogen und weitere Informationen finden Sie hier oder unter www.mikromakromint.de